JP6901019B1 - Manufacturing method of insulated circuit board - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂材の上に金属片を回路パターン状に配置した場合であっても、樹脂材の全体を均一に加圧することができ、絶縁樹脂層と金属片とを確実に接合させることが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁樹脂層となる樹脂材の上に金属片を回路パターン状に配置する金属片配置工程と、前記樹脂材と前記金属片とを少なくとも積層方向に加圧するとともに加熱することにより、前記絶縁樹脂層と前記金属片とを接合する接合工程と、を有し、前記接合工程では、前記金属片と前記樹脂材とを積層方向に加圧する治具が、前記金属片側に配置されたクッション材と、前記クッション材の周縁部に対向する位置に配置されたガイド壁部と、を備えており、加圧時に前記クッション材の周縁部と前記ガイド壁部とを接触させる。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly pressurize the entire resin material even when the metal pieces are arranged in a circuit pattern on the resin material, and to reliably bond the insulating resin layer and the metal pieces. Provided is a possible method for manufacturing an insulated circuit board. SOLUTION: A metal piece arranging step of arranging metal pieces in a circuit pattern on a resin material to be an insulating resin layer, and pressurizing and heating the resin material and the metal pieces at least in a stacking direction. It has a joining step of joining the insulating resin layer and the metal piece, and in the joining step, a jig for pressurizing the metal piece and the resin material in the stacking direction is arranged on the metal piece side. A cushion material and a guide wall portion arranged at a position facing the peripheral edge portion of the cushion material are provided, and the peripheral edge portion of the cushion material and the guide wall portion are brought into contact with each other at the time of pressurization. [Selection diagram] None
Description
この発明は、絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の一方の面に回路パターン状に配設された金属片からなる回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an insulated circuit board including an insulating resin layer and a circuit layer made of metal pieces arranged in a circuit pattern on one surface of the insulating resin layer.
パワーモジュール、LEDモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、LED素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
上述の絶縁回路基板として、例えば特許文献1に記載された金属ベース回路基板が提案されている。
The power module, LED module, and thermoelectric module have a structure in which a power semiconductor element, an LED element, and a thermoelectric element are bonded to an insulating circuit substrate in which a circuit layer made of a conductive material is formed on one surface of the insulating layer. ..
As the above-mentioned insulating circuit board, for example, the metal-based circuit board described in Patent Document 1 has been proposed.
特許文献1に記載された金属ベース回路基板においては、金属基板上に絶縁樹脂層が形成され、この絶縁樹脂層上に回路パターンを有する回路層が形成されている。ここで、絶縁樹脂層は、熱硬化型樹脂であるエポキシ樹脂で構成されており、回路層は、銅箔で構成されている。 In the metal-based circuit board described in Patent Document 1, an insulating resin layer is formed on the metal substrate, and a circuit layer having a circuit pattern is formed on the insulating resin layer. Here, the insulating resin layer is made of an epoxy resin which is a thermosetting resin, and the circuit layer is made of a copper foil.
この金属ベース回路基板においては、回路層上に半導体素子が接合され、金属基板の絶縁樹脂層とは反対側の面にヒートシンクが配設されており、半導体素子で発生した熱をヒートシンク側に伝達して放熱する構造とされている。
そして、特許文献1に記載された金属ベース回路基板においては、絶縁樹脂層の上に配設された銅箔をエッチング処理することによって回路パターンを形成している。
In this metal-based circuit board, a semiconductor element is bonded on the circuit layer, and a heat sink is arranged on the surface of the metal substrate opposite to the insulating resin layer, and heat generated by the semiconductor element is transferred to the heat sink side. It has a structure that dissipates heat.
Then, in the metal-based circuit board described in Patent Document 1, a circuit pattern is formed by etching a copper foil arranged on an insulating resin layer.
最近では、回路層に搭載された半導体素子に通電される電流が大きくなる傾向にあり、これに伴って半導体素子からの発熱量も大きくなっている。そこで、導電性及び熱伝導性を確保するために、回路層の厚肉化が求められている。 ここで、回路層を厚肉化した場合には、特許文献1に記載されたようにエッチング処理によって回路パターンを形成すると、回路層の端面にダレが生じ、回路層の端面に電界が集中し、絶縁性が低下するおそれがあった。 Recently, the current applied to the semiconductor element mounted on the circuit layer tends to increase, and the amount of heat generated from the semiconductor element also increases accordingly. Therefore, in order to secure conductivity and thermal conductivity, it is required to thicken the circuit layer. Here, when the circuit layer is thickened, when the circuit pattern is formed by the etching process as described in Patent Document 1, the end face of the circuit layer is sagging and the electric field is concentrated on the end face of the circuit layer. , There was a risk that the insulation would be reduced.
そこで、特許文献2には、エッチング処理を実施することなく回路層を形成する方法として、予め所望の形状を付与した打ち抜き金属片を、セラミックス基板に接合する技術が提案されている。この方法によれば、回路層を厚肉化しても、金属片の端面にダレは生じず、回路パターン間の絶縁性を確保することができ、回路パターン間の距離を小さくすることも可能である。
この特許文献2においては、絶縁層としてセラミックス基板を用いており、このセラミックス基板に対して金属片を積層方向に加圧することで金属片とセラミックス基板とを接合している。
Therefore,
In
ところで、特許文献2において、絶縁層を熱硬化型樹脂からなる絶縁樹脂層で構成した場合には、硬化前の樹脂組成物の上に金属片を配置し、金属片を積層方向に加圧するとともに加熱することにより、樹脂組成物を硬化させて絶縁樹脂層を構成するとともに絶縁樹脂層と金属片とが接合されることになる。ここで、回路層を厚肉化した場合、金属片が配置された領域においては、樹脂組成物が十分に加圧されることになるが、金属片が配置されていない領域においては、樹脂組成物の加圧が不十分となり、絶縁樹脂層の内部にボイドが多く生成し、絶縁樹脂層の絶縁性が確保できないおそれがあった。このため、絶縁樹脂層を用いた絶縁回路基板においては、厚肉の回路層を精度良く形成することは困難であった。
By the way, in
そこで、熱硬化樹脂からなる樹脂組成物の一面に、金属片を回路パターン状に配置し、金属片側にゴム状弾性体を配置して、樹脂組成物と金属片とを積層方向に加圧および加熱し、前記樹脂組成物を硬化させて前記絶縁樹脂層を形成するとともに前記絶縁樹脂層と前記金属片とを接合することが考えられる。
しかしながら、金属片側にゴム状弾性体を配置して樹脂組成物と金属片とを積層方向に加圧した場合には、ゴム状弾性体で金属片を押圧した際に、ゴム状弾性体の周縁部が加圧によって外側に広がるように変形してしまい、金属片を外側に広がる方向にずらしてしまったり、ゴム状弾性体の周縁部に相当する領域を十分に加圧することができず、金属片の接合不良や絶縁樹脂層の割れ等が発生したりするおそれがあった。
Therefore, the metal pieces are arranged in a circuit pattern on one surface of the resin composition made of thermosetting resin, and the rubber-like elastic body is arranged on the side of the metal pieces to pressurize the resin composition and the metal pieces in the stacking direction. It is conceivable to heat and cure the resin composition to form the insulating resin layer and to join the insulating resin layer and the metal piece.
However, when the rubber-like elastic body is arranged on the metal piece side and the resin composition and the metal piece are pressed in the stacking direction, when the metal piece is pressed by the rubber-like elastic body, the peripheral edge of the rubber-like elastic body is pressed. The part is deformed so as to spread outward due to pressurization, and the metal piece is shifted in the direction of spreading outward, or the region corresponding to the peripheral edge of the rubber-like elastic body cannot be sufficiently pressurized, and the metal There was a risk of poor bonding of the pieces and cracking of the insulating resin layer.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、樹脂材の上に金属片を回路パターン状に配置した場合であっても、樹脂材の全体を均一に加圧することができ、絶縁樹脂層と金属片とを確実に接合させることが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and even when the metal pieces are arranged in a circuit pattern on the resin material, the entire resin material can be uniformly pressurized. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an insulated circuit board capable of reliably joining an insulating resin layer and a metal piece.
上述の課題を解決するために、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の一方の面に回路パターン状に配設された金属片からなる回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記絶縁樹脂層となる樹脂材の上に前記金属片を回路パターン状に配置する金属片配置工程と、前記樹脂材と前記金属片とを少なくとも積層方向に加圧するとともに加熱することにより、前記絶縁樹脂層と前記金属片とを接合する接合工程と、を有し、前記接合工程では、前記金属片と前記樹脂材とを積層方向に加圧する加圧治具が、前記金属片側に配置されたクッション材と、前記クッション材の周縁部に対向する位置に配置されたガイド壁部と、を備えており、加圧時に前記クッション材の周縁部と前記ガイド壁部とを接触させることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the method for manufacturing an insulated circuit board of the present invention includes an insulating resin layer, a circuit layer composed of metal pieces arranged in a circuit pattern on one surface of the insulating resin layer, and the like. The method for manufacturing an insulated circuit board comprising the above, wherein the metal piece is arranged in a circuit pattern on the resin material to be the insulating resin layer, and at least the resin material and the metal piece are arranged. It has a joining step of joining the insulating resin layer and the metal piece by pressurizing and heating in the laminating direction, and in the joining step, the metal piece and the resin material are pressed in the laminating direction. The pressurizing jig includes a cushion material arranged on one side of the metal and a guide wall portion arranged at a position facing the peripheral edge portion of the cushion material, and the peripheral edge portion of the cushion material during pressurization. It is characterized in that it is brought into contact with the guide wall portion.
この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、前記接合工程では、前記金属片と前記樹脂材とを積層方向に加圧する加圧治具が、前記金属片側に配置されたクッション材と、前記クッション材の周縁部に対向する位置に配置されたガイド壁部と、を備えており、加圧時に前記クッション材の周縁部と前記ガイド壁部とを接触させる構成とされているので、前記接合工程で、ガイド壁部によって前記クッション材の周縁部が外方に突出することが抑制されることになり、樹脂材を、金属片が配置された領域、金属片が配置されていない領域、および、クッション材の周縁部に相当する領域の全てで、十分に加圧することができ、金属片と絶縁樹脂層とを強固に接合することが可能となる。
なお、前記クッション材の周縁部と前記ガイド壁部との接触は、少なくとも加圧時に接触していればよく、加圧前から接触していてもよい。また、前記クッション材の周縁部と前記ガイド壁部とを接触させる際は、前記クッション材の周縁部の下面側が前記ガイド壁部と接触していてもよく、前記クッション材の周縁部の側面側が前記ガイド壁部と接触してもよい。
According to the method for manufacturing an insulated circuit substrate having this configuration, in the joining step, a pressurizing jig that pressurizes the metal piece and the resin material in the stacking direction is provided on the side of the metal piece and the cushion material. A guide wall portion arranged at a position facing the peripheral edge portion of the cushion material is provided, and the peripheral edge portion of the cushion material and the guide wall portion are brought into contact with each other during pressurization. In the process, the guide wall portion prevents the peripheral edge portion of the cushion material from protruding outward, and the resin material is provided in a region where a metal piece is arranged, a region where a metal piece is not arranged, and a region where the metal piece is not arranged. It is possible to sufficiently pressurize the entire region corresponding to the peripheral edge of the cushion material, and it is possible to firmly bond the metal piece and the insulating resin layer.
The contact between the peripheral edge portion of the cushion material and the guide wall portion may be at least in contact during pressurization, and may be in contact before pressurization. Further, when the peripheral edge portion of the cushion material and the guide wall portion are brought into contact with each other, the lower surface side of the peripheral edge portion of the cushion material may be in contact with the guide wall portion, and the side surface side of the peripheral edge portion of the cushion material may be in contact with the guide wall portion. It may come into contact with the guide wall portion.
ここで、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記ガイド壁部の硬さが前記クッション材の硬さよりも大きいことが好ましい。
この場合、前記ガイド壁部の硬さが前記クッション材の硬さよりも大きいので、加圧時における前記クッション材の周縁部の変形を確実に抑制することが可能となる。
Here, in the method for manufacturing an insulated circuit board of the present invention, it is preferable that the hardness of the guide wall portion is larger than the hardness of the cushion material.
In this case, since the hardness of the guide wall portion is larger than the hardness of the cushion material, it is possible to reliably suppress the deformation of the peripheral portion of the cushion material during pressurization.
また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記ガイド壁部が、前記加圧治具の前記樹脂材側に配されていることが好ましい。
この場合、記ガイド壁部が前記加圧治具の前記樹脂材側に配されているので、加圧時に金属片側に配設されたクッション材の周縁部にガイド壁部を確実に接触させることができ、加圧時における前記クッション材の周縁部の変形を確実に抑制することが可能となる。
Further, in the method for manufacturing an insulated circuit board of the present invention, it is preferable that the guide wall portion is arranged on the resin material side of the pressurizing jig.
In this case, since the guide wall portion is arranged on the resin material side of the pressurizing jig, the guide wall portion is surely brought into contact with the peripheral edge portion of the cushion material arranged on one side of the metal during pressurization. This makes it possible to reliably suppress deformation of the peripheral portion of the cushion material during pressurization.
さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記絶縁回路基板が、前記絶縁樹脂層の他方の面に配置された放熱層を更に含み、前記接合工程において、前記金属片と前記絶縁樹脂層、および、前記放熱層と前記絶縁樹脂層を同時に接合する構成としてもよい。
この場合、絶縁樹脂層の他方の面側に放熱層を回路層と同時に形成することができ、放熱性に優れた絶縁回路基板を効率良く製造することができる。
Further, in the method for manufacturing an insulating circuit board of the present invention, the insulating circuit board further includes a heat radiating layer arranged on the other surface of the insulating resin layer, and in the joining step, the metal piece and the insulating resin are further included. The layer and the heat radiating layer and the insulating resin layer may be joined at the same time.
In this case, a heat radiating layer can be formed at the same time as the circuit layer on the other surface side of the insulating resin layer, and an insulated circuit board having excellent heat radiating properties can be efficiently manufactured.
また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記樹脂材がエポキシ樹脂であり、前記接合工程において、前記樹脂材を硬化させて前記絶縁樹脂層を形成する構成としてもよい。
この場合、前記接合工程において、エポキシ樹脂からなる樹脂材を、金属片が配置された領域、金属片が配置されていない領域、および、クッション材の周縁部に相当する領域の全てで、十分に加圧することができ、均一に硬化させることが可能となり、絶縁性に優れた絶縁樹脂層を形成することが可能となる。
Further, in the method for manufacturing an insulating circuit board of the present invention, the resin material may be an epoxy resin, and the resin material may be cured to form the insulating resin layer in the joining step.
In this case, in the joining step, the resin material made of epoxy resin is sufficiently applied in all of the region where the metal piece is arranged, the region where the metal piece is not arranged, and the region corresponding to the peripheral edge portion of the cushion material. It can be pressurized, can be cured uniformly, and can form an insulating resin layer having excellent insulating properties.
また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記樹脂材がポリイミド樹脂であってもよい。
この場合、前記接合工程において、ポリイミド樹脂からなる樹脂材を、金属片が配置された領域、金属片が配置されていない領域、および、クッション材の周縁部に相当する領域の全てで、十分に加圧することができ、絶縁樹脂層と前記金属片とを確実に接合することができる。
Further, in the method for manufacturing an insulated circuit board of the present invention, the resin material may be a polyimide resin.
In this case, in the joining step, the resin material made of polyimide resin is sufficiently applied in all of the region where the metal piece is arranged, the region where the metal piece is not arranged, and the region corresponding to the peripheral edge portion of the cushion material. It can be pressurized, and the insulating resin layer and the metal piece can be reliably joined.
さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記クッション材がシリコーンゴムで構成されていることが好ましい。
この場合、クッション材が適切な硬さを有しており、金属片の形状に応じて変形するとともに、金属片が配置された領域、金属片が配置されていない領域、および、クッション材の周縁部に相当する領域を均一に押圧することができる。
Further, in the method for manufacturing an insulated circuit board of the present invention, it is preferable that the cushion material is made of silicone rubber.
In this case, the cushioning material has an appropriate hardness and is deformed according to the shape of the metal piece, and the area where the metal piece is arranged, the area where the metal piece is not arranged, and the peripheral edge of the cushioning material. The area corresponding to the portion can be pressed uniformly.
本発明によれば、樹脂材の上に金属片を回路パターン状に配置した場合であっても、樹脂材の全体を均一に加圧することができ、絶縁樹脂層と金属片とを確実に接合させることが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, even when the metal pieces are arranged in a circuit pattern on the resin material, the entire resin material can be uniformly pressurized, and the insulating resin layer and the metal pieces are reliably joined. It is possible to provide a method for manufacturing an insulated circuit board that can be used.
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図1に、本発明の実施形態における絶縁回路基板10、および、この絶縁回路基板10を用いたパワーモジュール1を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an
このパワーモジュール1は、絶縁回路基板10と、この絶縁回路基板10の一方側(図1において上側)にはんだ層2を介して接合された半導体素子3と、絶縁回路基板10の他方側(図1において下側)にはんだ層32を介して接合されたヒートシンク31と、を備えている。
The power module 1 includes an insulating
はんだ層2、32は、例えばSn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材(いわゆる鉛フリーはんだ材)とされている。
半導体素子3は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。
The solder layers 2 and 32 are, for example, Sn-Ag-based, Sn-Cu-based, Sn-In-based, or Sn-Ag-Cu-based solder materials (so-called lead-free solder materials).
The
絶縁回路基板10は、図1及び図2(a)に示すように、絶縁樹脂層11と、絶縁樹脂層11の一方の面(図1及び図2(a)において上面)に形成された回路層12と、絶縁樹脂層11の他方の面(図1及び図2(a)において下面)に形成された放熱層13と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2A, the insulating
絶縁樹脂層11は、回路層12と放熱層13との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性を有する樹脂で構成されている。本実施形態では、絶縁樹脂層11の強度を確保するために、フィラーを含有する熱硬化型樹脂が用いられている。
ここで、フィラーとしては、例えばアルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等を用いることができる。また、熱硬化型樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド等を用いることができる。
本実施形態では、絶縁樹脂層11は、フィラーとしてアルミナを含有するエポキシ樹脂で構成されている。また、絶縁樹脂層11の厚さは、20μm以上250μm以下の範囲内とされている。
The insulating
Here, as the filler, for example, alumina, boron nitride, aluminum nitride and the like can be used. Further, as the thermosetting resin, an epoxy resin, a polyimide or the like can be used.
In the present embodiment, the insulating
回路層12は、図5に示すように、絶縁樹脂層11の一方の面(図5において上面)に、導電性に優れた金属からなる金属片22が接合されることにより形成されている。金属片22としては、金属板を打ち抜き加工することで形成されたものを用いることができる。本実施形態においては、回路層12を構成する金属片22として、無酸素銅の圧延板を打ち抜き加工したものが用いられている。
As shown in FIG. 5, the
この回路層12においては、上述の金属片22が回路パターン状に配置されることで回路パターンが形成されており、その一方の面(図1において上面)が、半導体素子3が搭載される搭載面とされている。
ここで、回路層12(金属片22)の厚さtは0.5mm以上とされている。なお、回路層12(金属片22)の厚さtは1.0mm以上であることが好ましく、1.5mm以上であることがさらに好ましい。また、回路層12(金属片22)の厚さtの上限は特に制限はないが、現実的には、3.0mm以下となる。
In the
Here, the thickness t of the circuit layer 12 (metal piece 22) is set to 0.5 mm or more. The thickness t of the circuit layer 12 (metal piece 22) is preferably 1.0 mm or more, and more preferably 1.5 mm or more. Further, the upper limit of the thickness t of the circuit layer 12 (metal piece 22) is not particularly limited, but in reality, it is 3.0 mm or less.
また、回路パターン状に配設された金属片22同士の最近接距離Lは、回路パターン状に配設された金属片22の厚さtとの比L/tが2.0以下となるように設定されていることが好ましい。なお、L/tは、1.0以下とすることがさらに好ましく、0.5以下とすることがより好ましい。
本実施形態では、具体的には、回路パターン状に配設された金属片22同士の最近接距離Lは、1.0mm以上1.5mm以下の範囲内に設定されている。
Further, the closest contact distance L between the
Specifically, in the present embodiment, the closest contact distance L between the
放熱層13は、絶縁回路基板10に搭載された半導体素子3において発生した熱を面方向に拡げることによって、放熱特性を向上させる作用を有する。このため、放熱層13は、熱伝導性に優れた金属、例えば銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。本実施形態では、無酸素銅の圧延板で構成されている。また、放熱層13の厚さは、0.05mm以上3mm以下の範囲内に設定されている。
The
ヒートシンク31は、絶縁回路基板10側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク31は、熱伝導性が良好な銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等で構成されている。本実施形態においては、無酸素銅からなる放熱板とされている。なお、ヒートシンク31の厚さは、3mm以上10mm以下の範囲内に設定されている。
ここで、絶縁回路基板10の放熱層13とヒートシンク31とは、はんだ層32を介して接合されている。
The
Here, the
以下に、本実施形態である絶縁回路基板10の製造方法について、図3から図5を用いて説明する。
Hereinafter, the method for manufacturing the insulated
(金属片形成工程S01)
まず、回路層12となる金属片22を形成する。金属板42(本実施形態では無酸素銅の圧延板)を打ち抜き加工して、金属片22を形成する。本実施形態では、図4に示すように、打ち抜き加工機61の凸型62及び凹型63によって金属板42を挟持して剪断する。これにより、金属片22を金属板42から打ち抜く。
(Metal piece forming step S01)
First, the
(樹脂組成物配設工程S02)
次に、図5に示すように、放熱層13となる金属板23の一方の面(図5において上面)に、フィラーとしてのアルミナと、熱硬化型樹脂としてのエポキシ樹脂と、硬化剤と、を含有する樹脂組成物21を配設する。
(Resin composition arrangement step S02)
Next, as shown in FIG. 5, on one surface (upper surface in FIG. 5) of the
(金属片配置工程S03)
次に、樹脂組成物21の一方の面(図5において上面)に、複数の金属片22を回路パターン状に配置する。
(Metal piece arrangement step S03)
Next, a plurality of
(接合工程S04)
次に、加圧装置70の上方押圧板71および下方押圧板72の間に配置し、放熱層13となる金属板23と樹脂組成物21と金属片22とを積層方向に加圧するとともに加熱することにより、樹脂組成物21を硬化させて絶縁樹脂層11を形成するとともに、金属板23と絶縁樹脂層11、絶縁樹脂層11と金属片22とを接合して、放熱層13及び回路層12を形成する。
(Joining step S04)
Next, it is arranged between the upward
そして、本実施形態においては、接合工程S04では、図5に示すように、金属片22側(上方押圧板71側)にクッション材45を配置し、樹脂組成物21側(下方押圧板72)に、クッション材45の周縁部に対向するガイド壁部53を備えた受け治具50を配置し、上方押圧板71および下方押圧板72によって金属片22と樹脂組成物21とを積層方向に加圧する構成とされている。加圧した際には、クッション材45の周縁部と受け治具50のガイド壁部53が接触することにより、クッション材45の周縁部が外方に突出することが抑制されることになる。
Then, in the present embodiment, in the joining step S04, as shown in FIG. 5, the
ここで、クッション材45は、硬さH1が10°以上75°以下の範囲内とされていることが好ましい。本実施形態では、例えば、シリコーンゴム等で構成されたものとされている。
また、受け治具50(ガイド壁部53)は、硬さH2が50以上1000以下の範囲内とされていることが好ましい。本実施形態では、例えば、アルミ合金やカーボン等で構成されたものとされている。なお、受け治具の硬さ測定は、JIS Z 2244:2009 ビッカース硬さ試験によるものとした。
Here, the
Further, the receiving jig 50 (guide wall portion 53) preferably has a hardness H2 in the range of 50 or more and 1000 or less. In this embodiment, for example, it is made of an aluminum alloy, carbon, or the like. The hardness of the receiving jig was measured by the JIS Z 2244: 2009 Vickers hardness test.
また、受け治具50は、図5に示すように、放熱層13となる金属板23と樹脂組成物21を収容可能であり、かつ、ガイド壁部53の上端の下方押圧板72からの高さが金属片22の配置位置よりも高くなるように構成されていることが好ましい。
さらに、ガイド壁部53とクッション材45との接触幅は、1mm以上20mm以下の範囲内とすることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 5, the receiving
Further, the contact width between the
また、接合工程S04においては、加熱温度が120℃以上350℃以下の範囲内とされ、加熱温度での保持時間が10分以上180分以下の範囲内とされていることが好ましい。また、積層方向の加圧荷重が1MPa以上30MPa以下の範囲内とされていることが好ましい。
ここで、加熱温度の下限は150℃以上とすることがさらに好ましく、170℃以上とすることがより好ましい。一方、加熱温度の上限は250℃以下とすることがさらに好ましく、200℃以下とすることがより好ましい。
加熱温度での保持時間の下限は30分以上とすることがさらに好ましく、60分以上とすることがより好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は120分以下とすることがさらに好ましく、90分以下とすることがより好ましい。
積層方向の加圧荷重の下限は5MPa以上とすることがさらに好ましく、8MPa以上とすることがより好ましい。一方、積層方向の加圧荷重の上限は15MPa以下とすることがさらに好ましく、10MPa以下とすることがより好ましい。
Further, in the joining step S04, it is preferable that the heating temperature is in the range of 120 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and the holding time at the heating temperature is in the range of 10 minutes or more and 180 minutes or less. Further, it is preferable that the pressurizing load in the stacking direction is within the range of 1 MPa or more and 30 MPa or less.
Here, the lower limit of the heating temperature is more preferably 150 ° C. or higher, and more preferably 170 ° C. or higher. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is more preferably 250 ° C. or lower, and more preferably 200 ° C. or lower.
The lower limit of the holding time at the heating temperature is more preferably 30 minutes or more, and more preferably 60 minutes or more. On the other hand, the upper limit of the holding time at the heating temperature is more preferably 120 minutes or less, and more preferably 90 minutes or less.
The lower limit of the pressurizing load in the stacking direction is more preferably 5 MPa or more, and more preferably 8 MPa or more. On the other hand, the upper limit of the pressurizing load in the stacking direction is more preferably 15 MPa or less, and even more preferably 10 MPa or less.
上述した各工程によって、本実施形態である絶縁回路基板10が製造される。
The insulated
(ヒートシンク接合工程S05)
次に、この絶縁回路基板10の放熱層13の他方の面にヒートシンク31を接合する。本実施形態では、放熱層13とヒートシンク31とを、はんだ材を介して接合している。
(Heat sink joining step S05)
Next, the
(半導体素子接合工程S06)
そして、絶縁回路基板10の回路層12に半導体素子3を接合する。本実施形態では、回路層12と半導体素子3とを、はんだ材を介して接合している。
以上の工程により、図1に示すパワーモジュール1が製造される。
(Semiconductor element bonding step S06)
Then, the
By the above steps, the power module 1 shown in FIG. 1 is manufactured.
以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板10の製造方法によれば、樹脂組成物配設工程S02と、金属片配置工程S03と、接合工程S04と、を有しているので、絶縁樹脂層11の形成と、金属片22と絶縁樹脂層11と金属板23との接合を同時に行うことができ、効率良く絶縁回路基板10を製造することができる。
また、エッチング処理を行うことなく、回路パターンを形成することができ、回路層12の端部形状が精度良く形成されることになり、回路層12の接合界面の端部における電界集中を抑制することが可能となる。
According to the method for manufacturing the insulating
Further, the circuit pattern can be formed without performing the etching process, the end shape of the
そして、本実施形態である絶縁回路基板10の製造方法によれば、金属片22側(上方押圧板71側)にクッション材45を配置し、樹脂組成物21側(下方押圧板72)に、前記クッション材の周縁部に対向するガイド壁部53を備えた受け治具50を配置し、金属片22と樹脂組成物21とを積層方向に加圧する構成とされているので、加圧した際に、クッション材45の周縁部と受け治具50のガイド壁部53が接触し、クッション材45の周縁部が外方に突出することが抑制され、樹脂組成物21を、金属片22が配置された領域、金属片22が配置されていない領域、および、クッション材45の周縁部に相当する領域の全てで、十分に加圧することができ、絶縁性に優れた絶縁樹脂層11を形成することができるとともに、金属片22と絶縁樹脂層11とを強固に接合することが可能となる。
Then, according to the method for manufacturing the insulating
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the invention.
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にLED素子を搭載してLEDモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。 For example, in the present embodiment, the power module is configured by mounting the power semiconductor element on the circuit layer of the insulated circuit board, but the present embodiment is not limited to this. For example, an LED element may be mounted on an insulated circuit board to form an LED module, or a thermoelectric element may be mounted on a circuit layer of an insulated circuit board to form a thermoelectric module.
また、本実施形態では、絶縁回路基板(金属基板)とヒートシンクとをはんだ層を介して接合したものとして説明したが、これに限定されることはなく、絶縁回路基板(金属基板)とヒートシンクとグリースを介して積層してもよい。
さらに、ヒートシンクの材質や構造は、本実施形態に限定されることなく、適宜設計変更してもよい。
Further, in the present embodiment, the insulation circuit board (metal substrate) and the heat sink have been described as being joined via a solder layer, but the present invention is not limited to this, and the insulation circuit board (metal substrate) and the heat sink are used. It may be laminated via grease.
Further, the material and structure of the heat sink are not limited to this embodiment, and the design may be changed as appropriate.
さらに、本実施形態においては、金属板42を打ち抜くことにより、金属片22を形成する金属片形成工程S01を有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の手段によって形成された金属片を用いてもよい。
また、本実施形態では、接合工程において、金属片とともに金属板を接合し、絶縁樹脂層の他方の面側に放熱層を形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、放熱層を形成しないものであってもよい。
Further, in the present embodiment, it has been described that the metal piece forming step S01 for forming the
Further, in the present embodiment, in the joining step, the metal plate is joined together with the metal piece to form a heat dissipation layer on the other surface side of the insulating resin layer, but the present invention is not limited to this, and heat dissipation is not limited to this. It may not form a layer.
さらに、本実施形態では、ガイド壁部を有する受け治具を用いて加圧する構成として説明したが、これに限定されることはなく、図6に示すように、ガイド壁部53がクッション材45側に配設されていてもよい。
また、本実施形態では、絶縁樹脂層をエポキシ樹脂で構成したものとして説明したが、絶縁樹脂層をポリイミド樹脂で構成したものであってもよい。この場合、接合工程において、既に硬化したポリイミド樹脂を積層して加圧および加熱して金属片と絶縁樹脂層とを接合することになる。
Further, in the present embodiment, the configuration has been described as pressurizing using a receiving jig having a guide wall portion, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 6, the
Further, in the present embodiment, the insulating resin layer is described as being composed of an epoxy resin, but the insulating resin layer may be composed of a polyimide resin. In this case, in the joining step, the already cured polyimide resin is laminated, pressurized and heated to join the metal piece and the insulating resin layer.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。 The results of the confirmation experiment conducted to confirm the effect of the present invention will be described below.
放熱層となる金属板として、無酸素銅の圧延板(50mm×60mm×厚さ2.0mm)を準備し、この金属板の一方の面に表1に示す樹脂組成物のシート材を配置した。
そして、樹脂組成物の一方の面に表1に示す金属片(20mm×20mm)をパターン状に配置した。このとき、金属片同士の最近接距離が表1に示す値となるように金属片を配置した。
An oxygen-free copper rolled plate (50 mm × 60 mm × thickness 2.0 mm) was prepared as a metal plate to be a heat radiating layer, and a sheet material of the resin composition shown in Table 1 was arranged on one surface of the metal plate. ..
Then, the metal pieces (20 mm × 20 mm) shown in Table 1 were arranged in a pattern on one surface of the resin composition. At this time, the metal pieces were arranged so that the closest distance between the metal pieces was the value shown in Table 1.
そして、接合工程として、表2に示す条件で、金属板と樹脂組成物と金属片とを積層方向に加圧するとともに加熱し、樹脂組成物を硬化させて絶縁樹脂層を形成するとともに、金属板と絶縁樹脂層と金属片(金属板)を接合した。
このとき、本発明例1,2においては、金属片側にシリコーンゴムからなるゴム状弾性体(厚さ4.0mm)を配置し、かつ、樹脂組成物側にガイド壁部を備えた受け治具を配置し、積層方向に加圧した。
一方、比較例1,2においては、金属片側にシリコーンゴムからなるゴム状弾性体(厚さ4.0mm)を配置し、樹脂組成物側には受け治具を配置せず、積層方向に加圧した。
Then, as a joining step, under the conditions shown in Table 2, the metal plate, the resin composition, and the metal piece are pressurized and heated in the laminating direction to cure the resin composition to form an insulating resin layer, and the metal plate is formed. And the insulating resin layer and the metal piece (metal plate) were joined.
At this time, in Examples 1 and 2 of the present invention, a receiving jig in which a rubber-like elastic body (thickness 4.0 mm) made of silicone rubber is arranged on one side of the metal and a guide wall portion is provided on the resin composition side. Was placed and pressurized in the stacking direction.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, a rubber-like elastic body (thickness 4.0 mm) made of silicone rubber was arranged on one side of the metal, and a receiving jig was not arranged on the resin composition side, and the material was added in the stacking direction. I pressed it.
上述のようにして得られた絶縁回路基板について、絶縁樹脂層の割れ、冷熱サイクル後の金属片の剥離、について評価した。
絶縁樹脂層の割れは、接合工程後に、絶縁樹脂層を目視で観察して評価した。
また、冷熱サイクル試験(−45℃←→200℃、500サイクル)を実施した後に、金属片の剥離の有無を評価した。
The insulating circuit board obtained as described above was evaluated for cracking of the insulating resin layer and peeling of metal pieces after the thermal cycle.
The cracks in the insulating resin layer were evaluated by visually observing the insulating resin layer after the joining step.
Further, after carrying out a cold cycle test (−45 ° C. ← → 200 ° C., 500 cycles), the presence or absence of peeling of metal pieces was evaluated.
比較例1では、エポキシ樹脂からなる樹脂シートを用いて絶縁樹脂層を構成し、接合工程において受け治具を使用しなかった。接合工程後に絶縁樹脂層に割れが認められた。このため、冷熱サイクル試験は実施しなかった。
比較例2では、ポリイミド樹脂からなる樹脂シートを用いて絶縁樹脂層を構成し、接合工程において受け治具を使用しなかった。接合工程後に絶縁樹脂層に割れが認められなかったが、冷熱サイクル試験後に金属片の剥離が確認された。
In Comparative Example 1, an insulating resin layer was formed by using a resin sheet made of an epoxy resin, and a receiving jig was not used in the joining process. Cracks were observed in the insulating resin layer after the joining process. Therefore, the cold cycle test was not performed.
In Comparative Example 2, the insulating resin layer was formed by using a resin sheet made of polyimide resin, and a receiving jig was not used in the joining process. No cracks were observed in the insulating resin layer after the joining process, but peeling of metal pieces was confirmed after the thermal cycle test.
これに対して、エポキシ樹脂からなる樹脂シートを用いて絶縁樹脂層を構成し、接合工程において受け治具を使用した本発明例1、および、ポリイミド樹脂からなる樹脂シートを用いて絶縁樹脂層を構成し、接合工程において受け治具を使用した比較例2においては、いずれも接合工程後に絶縁樹脂層に割れが認められず、冷熱サイクル試験後に金属片の剥離も認められなかった。 On the other hand, the insulating resin layer is formed by using a resin sheet made of epoxy resin, and the insulating resin layer is formed by using Example 1 of the present invention in which a receiving jig is used in the joining process and a resin sheet made of polyimide resin. In Comparative Example 2 in which the receiving jig was used in the joining step, no crack was observed in the insulating resin layer after the joining step, and no peeling of metal pieces was observed after the thermal cycle test.
以上のことから、本発明例によれば、樹脂組成物の上に金属片を回路パターン状に配置した場合であっても、樹脂組成物の全体を均一に加圧することが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供可能であることが確認された。 From the above, according to the example of the present invention, even when the metal pieces are arranged in a circuit pattern on the resin composition, the entire resin composition can be uniformly pressurized. It was confirmed that it is possible to provide the manufacturing method of.
1 パワーモジュール
3 半導体素子
10 絶縁回路基板
11 絶縁樹脂層
12 回路層
13 放熱層
21 樹脂組成物
22 金属片
23 金属板
45 クッション材
50 受け治具
53 ガイド壁部
1
Claims (7)
前記絶縁樹脂層となる樹脂材の上に前記金属片を回路パターン状に配置する金属片配置工程と、
前記樹脂材と前記金属片とを少なくとも積層方向に加圧するとともに加熱することにより、前記絶縁樹脂層と前記金属片とを接合する接合工程と、を有し、
前記接合工程では、前記金属片と前記樹脂材とを積層方向に加圧する加圧治具が、前記金属片側に配置されたクッション材と、前記クッション材の周縁部に対向する位置に配置されたガイド壁部と、を備えており、加圧時に前記クッション材の周縁部と前記ガイド壁部とを接触させることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。 A method for manufacturing an insulated circuit board, comprising: an insulating resin layer and a circuit layer composed of metal pieces arranged in a circuit pattern on one surface of the insulating resin layer.
A metal piece arranging step of arranging the metal pieces in a circuit pattern on the resin material to be the insulating resin layer,
It has a joining step of joining the insulating resin layer and the metal piece by pressurizing and heating the resin material and the metal piece at least in the laminating direction.
In the joining step, a pressurizing jig that pressurizes the metal piece and the resin material in the stacking direction is arranged at a position facing the cushion material arranged on the metal piece side and the peripheral edge portion of the cushion material. A method for manufacturing an insulated circuit board, comprising a guide wall portion, wherein the peripheral edge portion of the cushion material and the guide wall portion are brought into contact with each other during pressurization.
前記接合工程において、前記金属片と前記絶縁樹脂層、および、前記放熱層と前記絶縁樹脂層を同時に接合することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法。 The insulating circuit board further includes a heat radiating layer arranged on the other surface of the insulating resin layer.
The insulating circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein in the joining step, the metal piece and the insulating resin layer, and the heat radiating layer and the insulating resin layer are joined at the same time. Substrate manufacturing method.
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